JP3777004B2

JP3777004B2 - 高炉における高アルミナ鉄鉱石の使用方法

Info

Publication number: JP3777004B2
Application number: JP35330396A
Authority: JP
Inventors: 一良山口; 和也国友
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH10176209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉頂から装入される鉄鉱石の大部分を占める焼結鉱中のアルミナ含有量が高いときに、焼結鉱の被還元性を確保することにより、燃料比を低減させ、生産性を向上させた高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業にあっては、コークス代替として、安価で燃焼性がよく発熱量の高い燃料（微粉炭、石油、重油、ナフサ等）を羽口部より吹き込み、溶銑製造コスト低減、生産性向上を図ってきており、特公昭４０−２３７６３号公報にその技術が開示されている。特に直近では価格の点から微粉炭吹き込みが主流となっており、燃料比低減（コスト低減）、生産性向上に大きく寄与している。
このようにして吹き込まれた微粉炭は高炉内で一部のコークスの代わりに燃焼し、その燃焼性の良さと高い発熱量のために、高温で多量の還元ガスを生成し効率的な還元反応を行う。
【０００３】
従って炉頂より装入された鉄鉱石はすばやく金属状態に還元されるとともに、溶融して高温の溶銑となり、高炉の炉熱が高く生産性が向上する。
従来の高炉操業において、炉頂から装入される鉄鉱石のうち、焼結鉱の占める割合は通常６０〜８０％と非常に高く、焼結鉱の被還元性等の性状により、高炉の還元効率がほぼ決定される。従って焼結鉱の被還元性等の性状改善は、高炉の燃料比低減、生産性向上にとって非常に重要である。
【０００４】
一方、微粉炭吹き込み、特に１００ｋｇ／トン以上の多量吹き込みにより、高炉の加熱還元効率の指標である熱流比（ガスの熱容量に対する固体の熱容量の比）が低下するため、加熱還元、特に炉周辺部における加熱還元に余裕が生じる。従って炉周辺部に装入する鉄鉱石とコークスの比率（Ｏ／Ｃと称する）を高くして、この領域の還元効率を向上させることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、炉周辺部に装入された鉄鉱石は、高炉羽口部のコークス旋回燃焼領域（レースウェイと称する）で生成した高温還元ガスとの間で反応伝熱が行われ、鉄鉱石の軟化融着によって融着帯を生成する（炉周辺部に生成するものを根と称する）。この根は、通常の高炉操業においては、炉下部炉周辺部に安定して存在し、位置と厚みに変動のないことが望ましい。
【０００６】
しかるに焼結鉱中のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）含有量が１．７０ｗｔ％を超えて高くなったときは、焼結鉱が高炉内を降下しながら加熱還元されるにつれて、
ＳｉＯ₂とＦｅＯが結合してできる低融点化合物にＡｌ₂Ｏ₃が溶け込み、より低温から焼結鉱中に融液が生成する。この融液中にさらにＦｅＯが溶け込み、かつＡｌ₂Ｏ₃が高いときは、Ａｌ₂Ｏ₃とＦｅＯの結合力が強くＦｅＯのの活量が小さくなるので、被還元性が悪く還元遅れが生じる。
このとき炉周辺部のＯ／Ｃが高いと、還元遅れはさらに助長される。このため、炉周辺部のＯ／Ｃを低下させるアクッションを実施せざるを得ない。
【０００７】
このように焼結鉱中のアルミナ含有量が高くなる理由は、高アルミナ含有鉄鉱石が安価であり、溶銑製造コストを低減させるために、配合比率を高くせざるを得ないことによる。また焼結鉱中のアルミナ含有量が高いときは、焼結鉱が完全に溶融する温度が高くなり、融液生成開始温度が低いことと併せて、融着帯の幅が拡がり、炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させたのと同じ現象が発生することも、炉周辺部の還元遅れを助長する理由である。
【０００８】
よって焼結鉱中のアルミナ含有量が高いときは、炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させることができず、その結果炉周辺部のガス量が増加し、炉体放散熱が増大し、燃料比が増加するとともに、装入物降下異常が発生し、生産性が低下するため、微粉炭多量吹き込みによって生じる、炉周辺部における加熱還元の余裕を有効に利用できず、微粉炭吹き込み量には限界があった。ここでいう炉周辺部とは、炉壁から炉口径の１５％の距離までの領域を示す。
そこで本発明は、高アルミナ含有鉄鉱石を多量に使用する際に、焼結鉱の被還元性を確保することにより、微粉炭多量吹き込み時に炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させ、この領域の還元効率を向上させることにより高炉の燃料比低減、生産性向上を安定的に行うことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高炉における高アルミナ鉄鉱石の使用方法は、上記の課題を解決するために高炉羽口部から微粉炭を吹込むとともに、高アルミナ含有鉄鉱石を多量に配合した鉄原料を高炉に装入する方法において、焼結原料中に配合するアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超える高アルミナ含有鉄鉱石の量を調節して、アルミナ含有量が１．７０ｗｔ％未満の焼結鉱とするとともに、前記焼結原料中に配合しない残りのアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超える高アルミナ含有鉄鉱石を還元して還元率５０％以上９５％未満の塊状または紛状の還元鉱石とした後、紛状の還元鉱石は成型して塊成鉱として、前記該焼結鉱及び還元鉱石を高炉に装入することを特徴とする。
【００１２】
また、さらに前記塊状または紛状の還元鉱石とした後、炭化処理して該還元鉱石表面を炭化鉄とすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明における高アルミナ含有鉄鉱石とは、鉄鉱石中アルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超える、主として豪州産の鉄鉱石を対象とする。前述したように、これらの高アルミナ含有鉄鉱石は価格が安いため、多量に使用することにより溶銑製造コストを低減させることができる。
【００１４】
本発明において高アルミナ含有鉄鉱石の配合割合を調整して、焼結鉱中のアルミナ含有量を、１．７０ｗｔ％未満と数値限定した理由は、１．７０ｗｔ％未満のアルミナ含有量だと、ＳｉＯ₂とＦｅＯが結合してできる低融点化合物に
Ａｌ₂Ｏ₃の溶け込む量が少なく、融液生成温度の低下が起こらないし、またこの融液中にさらにＦｅＯが溶け込むことがなく、生成した融液中のＡｌ₂Ｏ₃が低いため、Ａｌ₂Ｏ₃とＦｅＯの結合力が弱く、ＦｅＯの活量が高く維持され被還元性が高いため、還元遅れを生じないことによる。
【００１５】
また１．７０ｗｔ％未満のアルミナ含有量だと、焼結鉱が完全に溶融する温度（通常１５５０℃程度）が高くなることもなく、融液生成開始温度の維持と併せて、融着帯の幅は狭く、炉周辺部の還元遅れを助長することがない。
従って、アルミナ含有量を１．７０ｗｔ％未満の焼結鉱とすることにより、焼結鉱の被還元性を良好に維持でき、この焼結鉱を炉周辺部に装入すれば、炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させ、この領域の還元効率を向上させることができ、高炉の燃料比低減、生産性向上を達成できる。
【００１６】
一方、焼結鉱製造用原料に配合せずに残った高アルミナ含有鉄鉱石は還元して還元鉱石とすることにより、すでに金属鉄を生成させているため、アルミナ含有量が高いことにより融液生成量が増大しても、金属鉄が収縮を抑制するため、還元鉄中の残留ＦｅＯの還元は円滑に進行し還元遅れを生じない。
高アルミナ含有鉄鉱石を還元することにより、さらに高炉の燃料比を低減でき、生産量は被還元性が良好な焼結鉱を使用する効果に加えてさらに向上させることができる。
還元鉱石の還元率を５０％以上で９５％未満と数値限定した理由は、５０％未満だと高炉に使用したときに、燃料比低減、生産量向上がほとんど望めないことによる。また９５％以上だと、高炉に使用したときの燃料比低減、生産性向上は大きいが、還元鉱石製造コストが高くなりすぎて、経済的でないことによる。
【００１７】
還元鉱石の製造方法としては、高アルミナ含有塊鉱石、ペレットを原料としてシャフト炉を用いて塊状の還元鉱石を製造する方法、または高アルミナ含有粉鉱石を原料として流動層を用いて５ｍｍ未満の平均粒径の紛状の還元鉱石を製造し、ブリケット製造機により塊状に成型する方法がある。そして、これら塊状の還元鉱石を高炉の炉頂から装入する。
前記還元鉱石を炉頂から装入する場合、焼結鉱を主体とした鉄鉱石とあらかじめ混合するか、あるいは鉄鉱石とは別々に装入してよく、いずれの装入方法を採用しても、本発明における効果を享受できる。
また還元鉱石の製造方法として、高アルミナ含有粉鉱石を原料として流動層を用いて紛状の還元鉱石を製造し、紛状の還元鉱石とする方法もある。この紛状の還元鉱石は高炉の羽口部から吹き込む。この場合、塊状の還元鉱石を高炉の炉頂から装入する場合と、燃料比低減、生産性向上効果はほぼ同じである。
紛状の還元鉱石を羽口部から吹き込む場合、微粉炭とあらかじめ混合するか、あるいは微粉炭とは別々に吹き込んでよく、いずれの吹き込み方法を採用しても、本発明における効果を享受できる。
【００１８】
さらに製造した塊状あるいは紛状の還元鉱石を炭化処理して、表面の金属鉄の部分を炭化鉄とすることは、船で輸送中に表面の金属鉄の部分が酸化発熱することを防止するためである。
酸化鉄とする方法としては、シャフト炉あるいは流動層で生成した還元鉱石の表面に炭素を含有するガス（メタン、一酸化炭素等）を吹き付ける方法を採用できる。
ただし、製造した還元鉱石を現地で使用する場合や、窒素等の不活性ガス雰囲気を装備した船で輸送する場合は、炭化鉄とする必要はない。
表面を炭化鉄とした場合の高炉使用効果は、炭化鉄としない還元鉱石を使用する効果とほぼ同じである。
【００１９】
実施例
以下実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。表１に本発明による高炉操業結果を従来法と比較して示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
対象高炉は内容積３０００ｍ³の中型高炉であり、鉄鉱石中の焼結鉱使用割合が７５ｗｔ％、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．６５ｗｔ％で操業していた。微粉炭吹き込み量１５０ｋｇ／トン、燃料比５００ｋｇ／トンに維持しながら溶銑を６０００トン／日製造していた。このときＡｌ₂Ｏ₃含有量が２．０ｗｔ％を超える高アルミナ含有鉄鉱石を焼結原料中に２５ｗｔ％配合していた。
【００２２】
実施例１
焼結鉱製造用原料が変化し、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝２．０ｗｔ％と上昇したときに、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．６５ｗｔ％となるように、焼結鉱製造用原料のうちアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超えて高い鉱石を１５ｗｔ％除外し、鉄鉱石中の焼結鉱使用割合を６４ｗｔ％に低下させ、アルミナ含有量が高い鉱石でペレットを製造し、シャフト炉で還元率９０％の塊状の還元鉱石を製造した。そして、この塊状の還元鉱石１４０ｋｇ／トンを、高炉に装入する鉄鉱石とあらかじめ混合して、炉頂から装入した本発明による操業例である。比較例１に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００２３】
実施例２
焼結鉱製造用原料が変化し、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝２．０ｗｔ％と上昇したときに、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．６５ｗｔ％となるように、焼結鉱製造用原料のうちアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超えて高い鉱石を１５ｗｔ％除外し、鉄鉱石中の焼結鉱使用割合を６４ｗｔ％に低下させ、アルミナ含有量が高い鉱石を用いて、流動層で還元率８０％の紛状の還元鉱石を製造した。そして、この紛状の還元鉱石をブリケット製造機により塊状に成型し、塊状の還元鉱石１４５ｋｇ／トンを、高炉の炉頂からその他の鉄鉱石とは別々に装入した本発明による操業例である。比較例１に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００２４】
実施例３
焼結鉱製造用原料が変化し、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．９ｗｔ％と上昇したときに、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．６０ｗｔ％となるように、焼結鉱製造用原料のうちアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超えて高い鉱石を１０ｗｔ％除外し、鉄鉱石中の焼結鉱使用割合を６８ｗｔ％に低下させ、アルミナ含有量が高い鉱石を用いて、流動層で還元率６０％の紛状の還元鉱石を製造した。そして、この紛状の還元鉱石１０５ｋｇ／トンを、高炉より吹き込む微粉炭とあらかじめ混合して、羽口部から吹き込んだ本発明による操業例である。比較例２に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００２５】
実施例４
焼結鉱製造用原料が変化し、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．９ｗｔ％と上昇したときに、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．６０ｗｔ％となるように、焼結鉱製造用原料のうちアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超えて高い鉱石を１０ｗｔ％除外し、鉄鉱石中の焼結鉱使用割合を６８ｗｔ％に低下させ、アルミナ含有量が高い鉱石を用いて、流動層で還元率７０％の紛状の還元鉱石を製造し、その後表面の金属鉄の部分にメタンを吹き付けて炭化鉄を生成させた。そして、この表面炭化鉄の紛状の還元鉱石１００ｋｇ／トンを、高炉の羽口部より微粉炭とは別々に、吹き込んだ本発明による操業例である。比較例２に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００２６】
比較例１
焼結鉱製造用原料が変化し、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝２．０ｗｔ％と上昇したときに、そのままの原料で焼結鉱を製造して、操業を継続した従来法による操業例である。実施例１、２に比べて、燃料比を上昇せざるを得ず、生産量が低下している。
【００２７】
比較例２
焼結鉱製造用原料が変化し、焼結鉱中（Ａｌ₂Ｏ₃）＝１．９ｗｔ％と上昇したときに、そのままの原料で焼結鉱を製造して、操業を継続した従来法による操業例である。実施例３、４に比べて、燃料比を上昇せざるを得ず、生産性が低下している。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、焼結鉱中のアルミナ含有量が１．７０ｗｔ％未満となるように、高アルミナ含有鉄鉱石の焼結鉱製造用原料への配合量を調整することにより、焼結鉱の被還元性を良好に維持でき、微粉炭吹き込み時の炉周辺部のＯ／Ｃを増加し、この領域の還元効率を向上させることにより、高炉の燃料比低減、生産性向上を安定的に行うことができる。
一方、焼結鉱製造用原料に配合しなかった高アルミナ含有鉄鉱石を還元して製造した還元鉱石を、高炉の炉頂から装入、あるいは羽口部から吹き込むことにより、さらに燃料比低減、生産性向上がはかれる。

Claims

高炉羽口部から微粉炭を吹込むとともに、高アルミナ含有鉄鉱石を多量に配合した鉄原料を高炉に装入する方法において、焼結原料中に配合するアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超える鉄鉱石の量を調節して、アルミナ含有量が１．７０ｗｔ％未満の焼結鉱とするとともに、前記焼結原料中に配合しない残りのアルミナ含有量が２．０ｗｔ％を超える鉄鉱石を還元して還元率５０％以上９５％未満の塊状または紛状の還元鉱石とした後、紛状の還元鉱石は成型して塊成鉱として、前記焼結鉱及び還元鉱石を高炉に装入することを特徴とする、高炉における高アルミナ鉄鉱石の使用方法。
前記塊状または紛状の還元鉱石とした後、炭化処理して該還元鉱石表面を炭化鉄とすることを特徴とする、請求項１に記載の高炉における高アルミナ鉄鉱石の使用方法。